JPS62501225A - 片寄り弓形スロットがあるヨ−クを有する動的圧縮内燃エンジン - Google Patents

片寄り弓形スロットがあるヨ−クを有する動的圧縮内燃エンジン

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JPS62501225A
JPS62501225A JP60504885A JP50488585A JPS62501225A JP S62501225 A JPS62501225 A JP S62501225A JP 60504885 A JP60504885 A JP 60504885A JP 50488585 A JP50488585 A JP 50488585A JP S62501225 A JPS62501225 A JP S62501225A
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piston
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JP60504885A
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ジエイン・マイクル・エドワード
アンダーソン・ペーター・デゥイツト
ホフマン・ジエイムス・シーダー
グレイ・ロバート・ブルー
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ア−ルピ−、アンド、エム、エンジンズ、インコ−ポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 片寄シラ形スロットがあるヨークを有する動的圧縮内燃エンジン この発明は、内燃エンジンに関し、特にスコッチョークを用いた内燃エンジンに 関し、少なくともその一つがダニエル エム、ライン(Daniel M。
Re1tz)に1977年3月22日に発行された米国特許x4o 1.3,0 48に開示さ−れている。
従来技術のエンジンのあるものにおいて、例えばラインによシ開示されたものに おいて、ピストンロッドが複数のシリンダ対の各々の中で往復運動するピストン から突出している状態で各7リング対が同軸に整列されかつ背中合わせに配置さ れ、このように複数のシリンダ対が同軸に整列されかつヨークによシ結合されて いる。ヨークの中心がクランクの腕を受け入れるように横にスロットを付けられ ているので、各ピストン対およびそれらのヨーク−結合したピストンロッドがユ ニットとして往復運動する際に、クランク腕がヨークと共にかつヨークの方向に  −往復運動するだけではなく、ヨークスロット内を横に往復運動する。従って 、クランク軸は、対となったピストンの往復;1動から所望の回転運動を受け取 る。
スコッチョークエンジンにおけるピストンロッド、ヨークおよびクランク軸の腕 の関係は、ピストンがリストピンと連接棒によりクランク軸腕に連結されている 種類の慣用の内燃エンジンの匹敵する作用と比較したときに、上死点から出発す るピストンロッドの加速度がクランク軸の与えられた角度変位に対しいっそうお そいような関係である。
この結果が、前述した慣用のエンジンの時間と比較していっそう長い時問いっそ う高い圧力下に燃料空気混合物を維持することになシ、それによシサイクルで比 較的早期にいっそう完全な燃焼が容易になる。
同時に、前述した慣用の内燃エンジンの匹敵する作用と比較していっそう少ない シリンダ壁が燃焼中前記運動中露出され、その結果シリンダ壁を通る熱損失がい っそう低くなシ、それが次に1燃焼される燃料と空気の各単位あたり利用できる 動力の量の増加を伴って、全熱効率が改善されることになる。
他のパラメータが等しい場合、スコッチョークエンジンは、前記の慣用の内燃エ ンジンと比較して、いっそう低い排気ガスを示すことが期待できる。
ライノの特許により例示される従来技術はエンジンの部品数をできるだけ少なく する問題を提出したが、その結果としてのエンジンは製造と保守が困難であるこ とが判明した。従来技術のスコッチョークエンジンにおける部材の配置は、リス トピンと連接棒型式の比較可能なエンジンの作動と対比して、摩耗が過度になシ 、そしてその結果として不安定になり、すなわちシリンダとクランクケース内の ピストンとヨークが不整列になる。
2−行程サイクルに用いられた場合、従来技術のエンジンは複雑なシールを必要 とし、一方対向するシリンダを使用すると、エンジンのために慣例に従わない空 間の必要および保守と修理のための付随する厄介な問題が促進される。
さらに、2−行程サイクルのために油をガスと予め混合すると、法律によシ課せ られた既存の汚染規準による許容できない高い汚染をもったエンジン作動になる 。今実施中の放射物基準に応する努力によってもライン型の従来技術のエンジン が社会に受け入れられない。
示されたような時計方向または反時計方向回転について1970年8月17日に 発行された、ビュール(Buhl ) の米国特許1.349.660には、戻 シすなわち圧縮行程の時間より大きい時間を有するヨークの動力行程が記載され ているが、彼の構造の数学的分析の示す所によると、サイクルの関連した部分中 動力行程を遅くしたシ圧縮行程を速くしたシする所望の効果を生じさせることが できない。
曲線スロットの曲率中心がクランク軸のピストン側に位置決めされている。
さらに、ビュールの開示には、大きさがシリンダ直径にほぼ同一である曲線スロ ットの曲率半径が示されている。そのような配置は、曲線スロットの半径が短か いこと、およびシリンダ軸線に対するスロットの曲率中心の関連した片寄りが著 しいことの結果として過度のおよび急速な摩耗を受ける。また、曲線スロットの 短かい半径も、非常に低い速度でさえシステムに過度の振動を引き起こす。
1883年8月21日に発行されたバウムガーテy (Baumgarten  ) の米国特許一連番号283.558には、蒸気エンジンに取シつけられたヨ ークが示されるおシ、そのヨークは曲線スロットを有し、そのスロット内をクラ ンクの交差片が延びている。バウムガーテンのスロットは交差片よシ幅が広く、 かつその対向する側に交差片を同時に含むことができない。不規則に形成された バウムガーテンの曲線スロットは製造に費用がかかる。そのスロットが、交差片 をスロット内に確実に拘束しないという事実によシ、作動中過度の摩耗と振動を 受ける。
同様に、カミングス(Oummings ) の英国特許152、799には、 曲線スロットを有するヨークが開示されておシ、そのスロット内をクランクピン に取りつけられたブツシュが揺動する。カミングスの曲線スロットの曲率中心も クランク軸のピストン側に配置されている。再び、カミングスのスロットの複雑 な曲線形状は製造するのに費用がかかシ、かつ困難であり、同時に、ブツシュが スロットの一端カラ他端への行程の間、面皮承部ではなくただ単に魚皮承部を有 し、このためスロットとブツシュに摩耗を伴うと共に魚皮承部の負荷が増大する ことによシ作動中過度の摩耗にさらされる。
出願日が1972年10月25日のベグナー(Wegner ) のドイツ公開 公報2,252,277には、ヨークに二つの直線区分が互いに対して角度をな して配置されている非直線スロットが示されておシ、ヨーク内をクランクピンが 魚皮承部と共に揺動する。
不規則に形成されたスロットの製造の複雑さは、スロットの内縁に対してクラン クピ/の支承部の点または線接触によシ引き起こされる過度の摩耗と共に、時間 後過度の摩耗と付随する不満足な作動を生ずると予忠できる。
1946年4月9日のウィリアムス(Wil’liams )の英国特許576 .546には、カム軌道がシリンダの軸線に対して角度をもって配置されている ヨークが示され、保合フランジとローラがクランクピンに対して回転可能に取り つけられている。ウィリアムスは、直線カム軌道に泊った運動を与えることによ シ彼のキャリッジ装置の不規則な運動を避けており、それにもかかわらずローラ の支承部の点接触は摩耗が伴うと共に過度の摩擦を受ける。示されているカム軌 道がシリンダの軸線に対して45° の角度で設置され、その結果交差ヘッド部 材からローラを経てキャリッジへ与えられるシリンダの軸線に対して側方の力が 相当になり、その力のため、交差ヘッドに対する付随する魚皮承部を有するロー ラの使用による摩耗が増大することになる。
本発明によシ、ヨークに、かなシわずかに半径方向に湾曲した、一様な半径のス ロットを形成し、そのときヨークの凸状側がピストンに面しかつ凹側かエンジン の下端またはクランクケース端部に面し、曲線の曲率中心がシリンダの軸線から 片寄りかつクランク軸に比較してピストンと反対側にあるようにすることにより 、動力行程よシ早い圧縮行程を与えるように形成さhたヨークのスロットをスコ ッチョークエンジンに設ける。
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服スルスコッチョーク内燃エンジ ンを作ることである。
本発明の別の目的は、陸と空の旅行の両方について端数および多数−馬力乗物の だめのスコッチョーク内燃エンジンを提供することである。
本発明の他の目的は、端数および多数−馬力の大全さの静動カプラントに有用な スコッチョーク内燃エンジンを提供することである。
本発明の目的は、2−行程サイクル作動で作動できるスコッチョーク型の内燃エ ンジンを作ることである。
本発明の他の目的は、4−行程作動で作動するスコッチョーク型の内燃エンジン を作ることである。
本発明の他の目的は、燃料噴射またはジーゼル作動に有用なスコッチョーク型式 の内燃エンジンを作ることである。
本発明の他の目的は、製造しやすいように設計されたスコッチョーク型式の内燃 エンジンを提供することである。
本発明の他の目的は、普通の構造の既存のエンジンにスコッチョーク構造と作動 を与えるように改善を施しやすいように設計されたスコッチョーク型式の内燃エ ンジンを提供することである。
本発明の目的は、多数のシリンダを有するスコツ本発明の他の目的は、シリンダ の軸線に沿って運動可能にピストンに取シつけられたヨークを備えたピストンを 有し、その際固定半径の彎曲したスロットが、改善された動的圧縮比を生ずるよ うに燃焼室と反対に面する曲線のくぼんだ側を有する内燃エンジンを提供するこ とである。もしくぼんだ側を燃焼室の方に面するようにすれば、そのピストン運 動は、その軸線から彎曲したスロットの中心へ延びている半径の同じ長さの連接 棒を用いたエンジンと同一である。
本発明の他の目的は、シリンダの軸線に清って運動可能にピストンに取りつけら れたヨークを備えたピストンと、半径方向に彎曲したスロットとを有し、彎曲し たスロットの曲率中心がピストンに対してクランク軸軸心の遠い側に位置してい る内燃エンジンを作ることである。
本発明の他の目的は、ヨークと、ヨークと係合する摺動ブロックと、摺動ブロッ ク内に取りつけられたクランク腕とを有し、ヨーク内の摺動ブロックの通路の配 置が急速な圧縮行程とゆつくシした動力行程を果す、内燃エンジンのための装置 を提供することである。
本発明の他の目的は、ヨークと、ヨークと係合する摺動ブロックと、摺動ブロッ ク内に取シつけられたクランク腕とを有し、摺動ブロックの通路が半径方向に彎 曲しておシ、改良されたいっそう長くてゆつくシした動力行程に、付随するいっ そう短かくて速い圧縮行程を与えるために、曲線のくほんだ側が、シリンダの軸 線からスロットの曲率中心の片寄りをもって燃焼室と反動側に面しておシ、曲線 がそのような半径を有し、かつそのための中心の位置は、ヨークとクランク壁お よびヨークと摺動ブロックの支承面の摩擦の起こりうる増加が動力行程の増加し た長さおよび/または時間によシ得られた利益を相殺しないようなものである、 内燃エンジンのだめの装置を提供することである。
本発明のこれらのおよび他の目的、特徴および利点は、本発明による複数の実施 例を例示の目的のために示す付図と関連して解釈されたときに次の記載からいっ そう明らかになるだろう。付図において、第1図は、シリンダに対するスコッチ ョークピストンの運動が、連接棒とリストピン構造を用いるピストンの匹敵する 運動に比較されているダイアグラムを示す。
第2図は、スコッチョークエンジンの単一のシリンダについて本発明の実施例を 示す。
第2A、B、C,DおよびE図は、普通の連接棒エンジンと本発明によるヨーク エンジンについて1サイクル中のピストン運動を比較のために示す。
第6図は、本発明に使用されるクランク腕を有する摺動ブロックの側面図を示す 。
第3A図は摺動ブロックの細部を示す。
第4図は、第3図に見られた潤滑横溝を通って切断された摺動ブロックの横断面 図を示す。
第5図はヨークと摺動ブロックの関係の細部を示す。
第6図と第7図は、それぞれ、ヨークに組立てることができる型式の支承部材の 側面図と端面図を示す。
第8図と第9図は、それぞれ、支承ンユーの平面図と側面図を示す。
第10図は、多シリンダエンジンで構成された本発明の実施例を示す。
第11図〜第15図は、本発明の作用を従来技術の例の作用と、特にビュール( Buhl ) の特許と比較する目的のための概略ダイアグラムである。
さて、同様な要素が同様な参照記号により表わされている図面の絵の考察に、特 に第1図の考察に転すると図は連接棒およびピストンピン機構に比較してスコッ チョーク機構を用いたエンジンの特性を評価するのに有用なダイアグラムを示す 。
クランク軸軸心をCで表わし、上死点における半径の中心をTで表わす。慣用の エンジンにおける連接棒からピストンピンまでの長さを線P、−Tで表わす。ク ランク軸が角アルファだけ回転すると、腕がTから弧に清ってT′へ動く。連接 棒が位置T’−P3へ動かされる。
対照的に、腕Tが上死点にあるスコッチョーク機構では、腕がT′へ回転すると 、ヨークが点T2へ並進運動し、そしてピストンの対応する運動P、−P2が前 述の並進運動に同一でちるので、ピストンのどの部分をもシリンダの軸線に清っ て距離T −T2だけ並進させる。
上記のことから、上死点および下死点の付近のクランク軸の回転運動が同一なた めに、スコッチョーク機構は、慣用の連接棒/ピストンピン機構の同等の運動に より引き起こされる距離より小さい距離だけビス−トンをシリンダ内で移動させ ることが明らかであろう。
スコッチョークエンジンの現象の効果は、慣用の機構により行なわれる時間に比 較していっそう長い時間の間、すなわち与えられた回転角の間ff丙科料/空気 混合物いっそう高い圧縮下にあるようにすることであり、その結果燃料/空気混 合物の燃焼をいっそう完全にする。
付加的に、距U P+ −P2は、角アルファのクランク回転を通じてヨークの 運動により露出されるシリンダ壁の表面の量の測定値であり、この測定量は、慣 用の連接棒/ピストンピンエンジンにおける角アルファを通じて上死点からのク ランク回転によシ作られるシリンダ壁の露出部分を表わす距離P、−P3よシ小 さい。
従って、熱効率は、慣用のエンジンに比較して、スコッチョークエンジンの方が 、特別な時間の間シリンダ壁を通る熱損失が低いためにいっそう良い。
さて本発明を考察すると、点火、気化、燃料噴射または同様なこと、潤滑および エンジン作動に付随の他の作用が当業者に知られた実施に従って行なわれること が認識されよう。
第2図は、参照数字100で全体的に示されたエンジンの単独のシリンダについ て本発明の一実施例を示す。シリンダ壁1はピストンリング2′を有するピスト ン2を含み、ピストン2にはヨーク3.3’。
4の上方部材3.3′が取シっけられている。
部材3はどんな手段によっても、例えば溶接、ろう付、ボルト締めまたは同様な 手段にょシピストン2に取シクけることができることが当業者にょシ認識されよ う。あるいはこれに代わり、ピストン2とヨーク3の上方部分3′を、第2図に 示された単一部片として鋳造することもできる。ヨークは、上方部材3,3′に 、ナツトとボルトによりtたけ他の締付は組立体16.16’、11S’および 16″ にょシ取9つけられた下方部材4にょシ完成される。
クランクケース5,7および9は、当業者に知られた仕方で改善および保守する のに適当な組立体として設計された複数の部材で構成できるハウジングを有する 。それぞれの部材を当該技術で慣用のどんな手段によっても結合することができ る。
参照数字14はクランク軸の回転中心を表わし、一方13はクランク腕13′の 中心を表わす。
ヨーク3.3’、4によシ行なわれる運動は、ヨーク部材3,4の上および下面 に係合するように取シつけられた摺動ブロック12によシフランク腕15′1c 移される。ピストン2とヨーク部材3と4が上死点から下死点へおよび逆戻)す る直線運動する間、摺動ブロック12により受けとられるクランク腕13′が、 行程中曲線路X−Xに泪って往復運動する摺動ブロック12によシ中心14を中 心とする回転運動を描き、その際X−Xのための曲率の中心200はシリンダ軸 線z−2に関して片寄っている。
片寄υ距離は種々の大きさのどれか一〇をとっても良い。例えば、第2図に示し たクランク回転方向で2−2を中心として左へ、またはシリンダ軸線Z−2の右 へ、印字200と201にょシ限定された線に活って曲率中心を位置決めするこ とができる。
図示のように、中心200の片寄シは、第2図に示したように時計回転で上死点 から動力行程中クランク腕13′に隣接する軸線2−2の側に右側へ寄っている 。これによシ、ヨークスロットの曲線は、時計方向クランク回転で第2図で見て 曲線の平らな部分が右側にあり、かつ急勾配の部分が左側にあるように傾斜する ことになる。反時計方向のクランク回転では、その逆が当てけ1す、すなわち、 シリンダに対し岳直な曲線の部分ズ・:左側にあり、かつ斜めの部分が右側にあ る。
反直観的な結果が、第2図に示した本発明によるヨークのスロットの弧によシな しとげられる。そのような傾斜によれば、ピストンがシリンダ内で最も高く上昇 する点である上死点が、クランク回転に対し相対的に相当に早く起こる。これに より、燃焼時間の持続が延ばされることになる。反対方向に傾斜させると、上死 点が比較的おそいクランク位置で起こυ、このため燃焼サイクルの持続期間が短 かくなる。
ヨークを曲線にして傾斜させる結果として、与えられたクランク軸半径に対する ピストン行程の距離は、2Rよシわずかに大きく変化する。ここでRはクランク 腕の半径である。与えられた長さのピストン行程を達成するために、従ってクラ ンク半径を調整しなければならないが、これを行なうには、行程長さを確立し、 そしてそれから表1と4の等式を用いてクランクピンの片寄りを決めれば良い。
曲率中心200が、14にあるクランク軸の軸心に対してピストン2から隔って 配置されている。
19で示したクランク軸の時計方向回転を心に留めると、クランク腕がシリンダ の軸線を通る前に始まって上死点から腕13′が通過することにより、後述され るように、戻りのときの圧縮行程の持続期間より大きい持続期間の動力行程が得 られる。それ故、燃焼に与えられる時間は圧縮に与えられる時間より比例して大 きいことは第2図から明らかである。
ピストン2とヨーク3,4が図示のように一体であり、かつクランクケース39 の二つの側部の間で安定化されるので、連接棒とピストンピンを用いた慣用のエ ンジンがそうであるようにピストン叩音が起こらない。
従来技術と対照的に、図示した本発明では、スロットが第2図に示したように片 寄シ距離アルファ(α)をもってヨーク内に位置決めされ、片寄り距離はスロッ トの曲率と共に動力行程と圧縮行程の間の時間に差異を作る。図示のような片寄 り距シ「アルファ(α)の大きさは単に典型的であるにすぎないが、もし例えば クランク腕ベータ(19)の大きさより大きい値に過度に増加した場合には、軸 受部材15と15′により相当な横の力が部材11と17に作用して摩擦損失が 過度になる。従って、それは片寄り距離アルファ(α)が増加する際のかねあい となシ、アルファ(α)の増加が圧縮行程時間間隔に比較した動力行程時間間隔 の比率を変え、同時に摩擦による損失を増加させ、かつヨークに設けられた軸受 に過度の摩耗を生じる。
同様に、ヨークでスロットの曲率半径を変えると、動力および圧縮行程の変化が 付随して生ずる。
慣用のピストンピン連接棒エンジンと本発明の片寄リヨークエンジンについてピ ストン変位量の比較のための計算を、以下の表1の公式を用いて行なうことがで きる。
表1. 片寄り弓形スロットエンジン対連接棒エンジンのピストン行程の計算( 第2A図−第2D図器改良された動的圧縮比 連接棒エンジンTDCからの 7 ””rc”cO8θ r−r−cosθ+1−ピストン行程、 re−re−8 IN −xs −1−7TsinTyθを過ぎるクラ −(ro、。。8(θ+ a)記号 意味 変数 y ピストン行程 α θを過ぎるクランク回転角 θ TDCからのクランク角 rc クランク支承通路の半径 定数 re ヨークスロット弧の半径 Xe ヨークスロット弧中心の水平片寄シ1 連接棒の長さ r 連接棒エンジンのクランクビン片寄り半径 以下に再現されるコンピュータ模擬実験は、次のエンジンの圧縮における増加パ ーセンテージのデー(a) シリンダ軸線に対し直角な直線スロットのついたヨ ークを有するエンジン、 (b) 片寄りのない弓形スロット、すなわち弓形スロットの中心がシリンダの 軸線上にあるヨークを有するエンジン、 (C) 片寄シがある弓形スロットを有するヨークエンジン であり、これらの三つのエンジンの各々が慣用のロッドおよびクランクエンジン と比較される。
種々のエンジンを比較するための最も適切な規準はそれらの圧縮比および変位量 、および従ってそれらの行程長さであるので、これらのパラメータを一定に保つ 。
直線ヨーク、中心に位置した弓形ヨークおよび中心に位置したロッド4クランク エンジンの場合に、クランク半径は行程のちょうどμである。
図示してない傾斜した直線ヨークエンジンの場合に、クランク半径が行程のし・ cosθ倍であυ、ここでθは傾斜角である。
傾斜したおよび弓形ヨークの場合には、クランク半径と行程の間の関係は複雑で ある。ヨークスロット半径と片寄りを(未知の)クランク半径の単位で特定すれ ば、与えられた行程について正確なりランク半径の計算がいっそう容易になされ る。そのとき、クランク半径を計算することができ、そしてそれからスロット半 径と片寄りの絶対寸法を計算することができる。この目的のためにコンピュータ 模擬試験プログラムは、予め限定された半径で試運転を行ない、行程の上と下を 見出だし、それから行程を特定の範囲に精密にしるすのに必要なスケール7アク タを計算することによりクランク半径を計算する。一定の割合にされたクランク 半径を用いた第二の運転により、特定された長さの行程が得られる。
行程長さ、ロッド長さ、ロッドのだめのクランク半径、ヨークの片寄シのための クランク半径、絶対ヨーク弾片寄りおよび絶対ヨーク弧半径のパラメータに関し て、次元をインチで表わす。相対ヨーク弾片寄りと相対ヨーク弧半径のだめのデ ータは、互に関する大きさを有する無次元数であり、例えば一つのコンピュータ 運転では相対ヨーク弧半径は相対ヨーク弾片寄りのへ倍である。
表示された角度は、動力行程で上死点から始まる角度である。
圧 縮 比 : 1tO0000D 相対ヨ一ク弧片寄シ : −i、noooo。
相対ヨーク弧半径 : aooooo。
ロンドのクランク半径 + 1.250000片寄りヨークのクランク半径 :  1.240038絶対ヨーク弧片寄り : −1,240038絶対ヨーク弧 半径 : 9.9203020ンドとクランクに対するヨークの圧縮の増加パー センテージ o o、oooooo αoooooo o、ooooo。
5 0.185524 0.280080 0.29726010 0.720 416 1.090296 112742015 t544709 2.347 329 2.41235520 2.573141 3.929978 4.0 3490525 !、、7N330 5.700544 5.86006340  6.969843 10.877455 11.29295845 7.81 8007 12.251023 12.77523250 α498560 1 ′5.360184 1五99908955 9.005582 14.186 592 14.94N18560 9.334564 14.728577 1 5.59841265 9.499522 14.997038 15.975 38370 9.510696 15.011325 16.0B924575  9.382887 14.796298 15.96211080 9.13 2325 14.379748 15.61991985 α775798 1 五791060 15.09064090 EL330168 1五〇5975 9 14.40289795 7.811983 12.214612 1&5 85059100 7.257299 11.28325612.664751 105 6.621415 10.291705 11.668287角度 直  線 曲 線 片寄多曲線 110 5.978875 9.264050 10.620395115 5 .323273 α222481 9.544059120 4.667292  7.187009 B、460529125 4.022595 6.175 779 7.388258130 3.399830 5.204819 6. 345040135 2.80860/) 4.2B8196 5.54595 7140 2.257495 五438270 4.404358145 1. 754088 2.665596 3.531961150 1、!+0495 7 t97915j 2.738774155 α915686 1.3864 13 2.033282160 α590967 0.893509 1.42 25B3165 0.334553 0.505288 0.91238717 0 α149365 (12254360,5072691750,03744 30,0564940,2105851800,0000000,000000 0,024698圧 縮 比 : 11.000000 行程長: 2.500000 ロッド長さ : 5.080000 相対三−り弾片寄り : −tooooo。
相対ヨーク弧半径 : 15.500000ロツドのクランク半径 : 1.2 50000片寄ジョークのクランク半径 : 1.247385絶対ヨ一ク弧片 寄シ : −1,247385絶対ヨーク弧半径 : i9.5544640ン ドとクランクに対するヨークの圧縮の増加パーセンテージ 角度 直 線 曲 線 片寄多曲線 o o、oooooo noooooo o、ooooo。
5 0j85524 0.234351 0.23586510 α72041 6 0.910912 0.91540215 j、544709 1.957 425 1.96708320 2.573141 1268900 3.28 787425 3.711330 4.727980 4.76006230  4.870079 6.221862 6.27160635 5.97485 9 7.655665 7.72504040 6.969B45 α9494 57 9.04550645 7.818007 1α058芝73 10.1 811S4750 a49B560 10.950357 11.102240 55 9.005582 11.613394 11.7940+960 9. 334564 12.047799 12.25651865 9.49952 2 12.2630B5 12.49815470 9.510696 12. 275215 12.53458075 9.382887 12.10420 5 12.38457680 9.132325 11.771566 12. 06998885 α775798 11.300571 11.613111 90 F3.55016B 10.713757 11.03675195 7 .811983 ’ 10.03159 10.365579100 7.23 7299 9.282400 9.614402105 6.621415 α 479736 a810509110 5.978875 7.645136  7.970995+ 15 5.525273 6.796481 Zl 15 867120 4.667292 5.950122 6.255795125  4.022595 5,120805 5.411711130 3.399 830 4.322134 4.595450135 2.808606 5. 565959 3.819242140 2.257495 2.862865  3.095794145 1.754088 2.222102 2.428 740150 1.304957 1./+51597 1,83;N4915 5 0.9156861.157986 1,311053160 0.590 967 0.746882 Q、871169165 0.554553 0. 422597 Q、517161170 0.149363 0.1886尋0  0.252631175 0.037443 0.047293 0.080 211180 0.000000 0.000000 0.001528上記の ことから認識されるように、70°の角度で、圧縮における最大パーセンテージ の増加が、ロンドおよびクランクエンジンに比較したときに明らかに示され、か つヨークエンジンの直線、曲線および片寄多曲線の型式を互に比較したときに、 片寄り曲線ヨークがロンドおよびクランクエンジンに比べて圧縮において最大パ ーセンテージの増加を明らかに示す。
パラメータを若干変えて10の相対ヨーク弧半径にすると次のようになる。
圧 縮 比 : 11.000000 行程長: 2.500000 ロッド長さ : 5.090000 相対ヨーク弧片寄り : −1,000000相対ヨーク弧半径 : 10.0 00000ロンドのクランク半径 : 1.250000片寄りヨークのクラン ク半径 : 1.243671絶対ヨ一ク弧片寄シ : −1,243671絶 対ヨーク弧半径 + 12.436707ロッドとクランクに対するヨークの圧 縮のo o、oooooo o、oooooo o、ooooo。
5 0185524 0.261088 0.23936610 0.7204 16 1.016129 0.97593715 1.544709 2.18 5783 2.13424220 2.5731.N 3.6556B9 3. 60565925 3.711330 5.296124 5.2564403 0 4.870079 6.980946 6.96755135 5.974 859 a601119B、、6271q240 6.96984310.07 1464 10.1887045 7.8j8007 11.333005 1 1.47100250 8.498560 12.350014 12.555 151155 9.003582 13.106914 1&38333660  9.554564 15.602912 13.95114365 9.49 9522 13.848592 14.26681370 9.510696  1!L861B35 14.34583475 9.382887 1&665 303 14.20916680 9.132325 1!L284408 1 !、、88067585 α775798 12.745595 13.385 74590 a33018 j2.075617 12.75044495 7 .8N983 11.30051°9 12.000377100 7.237 299 10.445320 11.160524105 6.621415  9.555625 10.254498110 5.978875 α5875 20 9.50466+115 5.52.5275 7.627220 &3 31758120 4.667292 />671283 7.3547221 25 4.022595 5.736399 6.390985130 3.3 99830 4.837599 5.456j12135 2.808601S  !L988072 4.563995140 2.257495 3.199 405 五726988145 1.754088 2.481637 2.9 55697150 1.304957 1.8434+2 2.2594291 55 0.915686 1.291842 1,645977160 0.5 90967 0.8?12818 1j21881165 0.334553  0.471064 0.692369170 0.149363 α21019 3 0.361670175 0.057445 0.052673 0,13 2841180 0.000000 0.000000 0.007868圧  縮 比 : 11.000000 行 程 長 : 2.500000 ロッド長さ : 5.080000 相対ヨ一ク弧片寄シ : −o、5oooo。
相対ヨーク弧半径 : 10.000000ロンドのクランク半径 : 1.2 50000片寄ジョークのクランク半径 : 1.248422絶対ヨ一ク弧片 寄、!7: −0,624211絶対ヨーク弧半径 : 12.4842180 ンドとクランクに対するヨークの圧縮の増加パーセンテージ o n、oooooo o、oooooo o、ooooo。
5 0.185524 0.261088 0.27643110 0.720 4161.016129 104779215 1.544709 2.185 783 2.23618720 2.57314’ 3.655689 3.7 2853725 α711330 5.296124 5.39472130  4.870079 6.9BO9467,109670355,974859E L601119 a76311140 6.969843 10.071464  10.2696+445 7.818007 11.333005 11.5 686805D EL498560 12.350014 12.623622 55 9.003582 13.1069i4 1五41763060 9.3 34564 13.602912 13.94887865 9.499522  13.848592 14.22688370 9.510696 13.8 61835 14.26879775 9.3B2887 1五665305  14.09668880 9.132325 1i284408 1五7354 0585 α775798 12.745595 1五21125490 a3 3016812.075617 j2.55067095 7.811983  11.500519 11.779785100 7.237299 10.4 45320 10.923713105 6.621415 9.533625  jO,006194+10 5.978875 α587520 9.049 5211j、5 5.523273 7.627220 +107423012 0 4.667292 6.+571283 7.099196125 4.0 22595 5.736399 6.141500130 3.399B30  4.837599 5.216440135 2.808606 3.9880 72 4.537593140 2.257495 3.199405 3.5 1696j145 1.754088 2.481637 2.764B951 50 1.304957 1.843412 2.090296155 0.9 15686 1.291842 1.5006371600.590967 0 .832818 1.o02136165 0.334553 0.47106 4 0.599757170 0A495630.210193 0.2973 8B175 0.037443 0.052673 0.097780180  0.000000 0.000000 0.002655上記のことから認めら れるように、相対弧半径を増大させることにより、ロッドおよびクランクエンジ ンに関して圧縮の増加パーセンテージを比較すると、弓形のおよび片寄シラ形の スロット付ヨークエンジンが圧縮のいっそう高い増加パーセンテージを有する。
どんな与えられた等しい作動速度でも、本発明によるエンジンは、ピストンピン 連接棒エンジンより低いピークピストン加速度(以下の表2と3を参照)を有す る。従って、ピストン、ピストンピンおよび連接棒組立体に対してピストンおよ びヨーク組立体の質量がいっそう大きいにもかかわらず、ヨーク組立体の重さが 1022.25グラムであり、かつ782グラムの重さがあるクリスラー(Ch rysler ) 2.2組立体と同じ最大軸受荷重を有する(表■参照)。
本発明のエンジンでは、振動は本質的に低く、かつ実質的に正弦曲線を描くピス トンの運動のため実質的に除去することができる。二つの正弦波の総和が実質的 にゼロであるので、本発明によるヨーク−ピストン配置を用いて、慣用の並列4 シリンダ設計で実質的に完全な平衡をなしとげることができる。
表 2 ピストン行程、速度および加速度を決める函数面 数 : ロッドとクランク:  ヨークピストン行程:r−r−coeθ++−(12−(r−sinθ)″h r−r−coeθ加速度 :r−coBθ+z・((12−(r・61nθ)2 )−” r・cosθ−r”sin”θ−1:!OEI”θ)定数:1=クライ スラー(Chrysler ) 2.2の連接棒の長さ== 5.9# r=クライスラー2.2または発明のクランク半径= 1.318’ 両方の設計の最大速度はT DO(cos=0 )の前または後の90°で起こ るのに対し、最大加速度はおよそTDO(sin=0)で起こシ、それはりスト ビンおよび支承荷重を分析するためのクランク回転の関連した位相である。
表 3 (フライスラー2.2) 摺動ブロックを含まピストン、リストビン ない、ピ ストンとヨ1)質量: 782グラム 1022.25グラム12)最大加速度 : 2j7° 1.8130軸受荷重は、加速度に関連した運動エネルギーの変 化の函数である。軸受荷重を決めるのはピークピストン加速度であり、速度では ない。
1、 このモデルでは、線運動が考えられるが、クランクで平衡させることがで きる回転運動は考えられない。従って、連接棒の下端およびヨーク組立体の摺動 ブロックは考えられない。
肴 ここでは解かれた未知の定数。
ロ sinθ=0のとき第二の導函数を解くことにより見出だされた。
これを例証するために、同じピークピストン速度を有する二つのエンジンを考え るが、第一のエンジンのピストンはなめらかな弦運動で動くが、第二のピストン は急速に加速しかつ減速する。第二のエンジンは明らかにいっそう大きい最大軸 受荷重、振動および摩耗を有するだろう。同様に、最大軸受荷重は、最大ピスト ン加速度が起こるおよそ0°(TID: )で起こり、最大ピストン速度が生ず るTDO前または後の90°では起こらない。゛ データが、表2に開示された関係を用いて展開された表6の検査から明らかにな ることは、はぼ等しい質量掛ける加速度および従ってほぼ等しい振動および軸受 荷重特性を与えると、本発明によるエンジンの、摺動ブロックを減じたピストン /ヨーク組立体は、慣用のエンジンのだめの、例えばクリスラー2.2の比較可 能なピストン、リストビンおよび連接棒の頂部よりかなシ大きい質量を有するこ とである。
第2図に示した機構の作用は、本発明のエンジンと、リストビンおよび連接棒を 備えた慣用のエンジンのサイクルの比較を概略的に示す第2A、2B。
2Cおよび2D図の考察からいっそう良く理解されよう。その際本発明のエンジ ンは弓形スロットのヨークを用い、弧の中心がクランクの軸線に関して偏心して いてかつクランク軸に関してピストンと反対側に位置している。
第2A図の左側には、ピストンと連接棒がクランク軸の軸心14に関して上死点 に位置して示されている。図示したクランク軸の回転は時計方向である。
第2A図の右側部分に示した本発明に転すると、慣用のエンジンの上死点位置と 比較できる摺動ブロック12の位置が示されており、そこではクランク腕13の 中心、クランク軸14の中心および弓形スロットの曲率中心200が一直線にあ るように、クランク腕13の中心が弓形スロットの曲率中心200の中心に直径 上に対向した状態で摺動ブロック12を配置しである。
上死点、クランク軸14の中心およびスロットの曲率中心200が一直線にある 第2図と第2A図の外観は典型的で)るにすぎない。本発明は、問題の三点が一 直線にない配置を含むエンジン配置を企画するものであシ、例えば第2図に示し た与えられた片寄シアルファ(ロ))について、図示の曲率半径よシ短かいまた は長いスロットの曲率半径は、上死点、クランク軸14の軸心および曲率中心2 00が一直線にない配置を生ずる。
中心200の片寄シおよび弓形スロットのため、クランク腕13はその時計方向 回転でなおシリンダの軸MJ Z −Zに到達してない。
摺動ブロック12の運動が、点線で示した第2図と第2A図の仮想連接棒200 ′の運動に類似していることが認識されよう。そのような仮想連接棒を、第2A 図に点線で4′で示したように仮想的に延ばされたヨーク部材4に取りつけて中 心200の周)に軸受を設けたとすれば、そのとき連接棒が、摺動ブロック12 により引き受けられる弓形行程内を前後に揺動するだろう。
そのような仮想連接棒200′は、第2A図に示したように、ヨークに取9つけ られたピストン2に関して上死点にあることが認識されよう。
最も高い上昇点である上死点のピストンの位置が、リストビン/連接棒エンジン については221で、かつ本発明の片寄り弓形スロットヨークエンジンについて 222でそれぞれ示されている。
第2B図は、左側に連接棒エンジンを示し、クラで示したように動いている。第 2B図に右側に示した、本発明のヨークエンジンのクランク軸の比較可能な90 °の回転によシ、摺動ブロック12が図示の位置を占め、付随するピストンを有 するヨークが、222で示したようにシリンダ内と前進している。
クランク軸の90°の回転によシ、二つのエンジンのそれぞれのピストンの変位 に、221と222で示したようK 1.426対1.088の関係の有意差が 引き起こされることが観察されよう。222にあるピストンが221にあるピス トンよシ小さく変位する限すは、二つのエンジンのサイクルのこの時点で、ピス トン222のシリンダ内の圧縮が同一基準でピストン221のシリンダの圧縮よ り大きいことが認識されよう。
第2C図は、左側の慣用のエンジンが第2B図に示した位置からさらに90°の 回転後下死点にあるときの二つのエンジンの配置を示す。それぞれのピストン運 動221と222の関係はそれぞれ2.50と2552である。
最後に第2D図に示したように、クランク軸が第2A図の上死点から時計方向に 270°だけ動き、かつ慣用のエンジンが第2D図の左側部分に示した連接棒を 有するときに、図の左側部分に示された本発明のヨークエンジンは、弓形スロッ ト内で左方への行程にある摺動ブロックを有する。この時点で、221と222 で示した二つのそれぞれのシリンダについて上死点からのピストンの出発は、慣 用の連接棒エンジンでは1.426であり、かつ本発明のヨークエンジンでは1 .221である。
本発明のエンジンは、慣用のエンジンと比較していっそう急速に戻った。
第2八−第2D図によシ示されたスロットの曲線の性質の効果およびまたスロッ トについての曲率中心200の片寄シ位置の効果は、動的圧縮比、すなわちクラ ンク軸の回転のサイクル中変化する圧縮比を有するエンジンを創造することであ る。
第2E図は、考察のために、スロットの三つの配置について、クランク半径C対 ピストン行程長さSの関係の比較を示す。第21!1(a)図は、ヨークのスロ ットがシリンダ軸線の方向に対し直角に延びるスロット付きヨークについての関 係を示す。
第2 K (b)図は、シリンダ軸線に対して角デルタ(へ)で傾斜した直線ス ロットについてのクランク半径と行程長さの間の配置と関係を示す。
第2 E(c)図は、ヨークスロット半径rθ とヨークスロット中心の水平片 寄りXθが示されている、行程長さSとクランク半径Cの関係を示す。
当業者であれば、第2図について、摺動ブロック12が摺動するヨーク3,4の スロットの代シに交互の均等構造を、本発明から逸脱せずに採用できることを認 識されよう。
第2図の軸線z−Zに沿ったクランクケース内のヨーク3′、4の安定性は支承 部材15と15′により果たされ、これらの支承部材は、紙の千訂にある第二軸 線と交差する平面に位置していてかつ2−2に対してほぼ直交して配置されてお り、支承部材15と15′の平面が第一の軸線Z−Zに対し平行である。
支承部材15と15′は、それぞれヨーク部材5と4に、ボルト16と付随する ナツト16′および16NTにより取シつけられている。
支承部材15′は、第2図に示したようにクランクケースハウジング部材7に取 )つけられた支承板17と係合する。一つまたは複数のそのような支承板17を 壁7に清って配置して設けることができる。
支承部材15が、軸線n−nK’Eって移動可能な、9でクランクケースハウジ ングに受け入れられた支承シュー11と係合している。同様に、複数の支承シュ ー11を壁9に清って配置して設けることができる。
エンジンの圧力系に連結されたポート10は、面11′に圧力を与え、それによ って支承シュー11が支承部材15に圧力を及ぼすが、その効果は、ヨーク部材 6と4が、7でクランクケースの対向するスライドに取りつけられた板17に支 承部材15′を経て圧力を及ぼすようにすることである。従って、支承配置の前 述した効果の結果は、板17と支承シュー11の間で軸線n−nK?6ってクラ ンクケースハウジング内のヨーク3と4の位置を安定化することである。
開示した実施例を、エンジンのオイルポンプである圧力源によシ発生した油圧を 用いるように述べたが、そのような圧力が部材15を経てヨークに力を加えてヨ ークが板17にもたれかかるようにするのに有効であるか、または板17に代っ て、支承シュー11に対向する7のクランクケースの壁の表面にもたれかかるよ うにするのに有効である限シ、支承シュー11の表面11′に与えられる空気圧 、電磁石または同様なもののようなどんな圧力源を用しへても良いことが認識さ れよう。
支承シュー11による連続的な圧力を、図示してない代わりの実施例で、クラン クケース部材9と支承/ニー11の間に配置されたばねにより果たすこともでき るが、そのような配置は長い作用期間にわたってばねが疲労を受けやすい。それ 故、開示された実施例は、図示のように、支承シュー11に加えられる潤滑剤ま たは油の圧力の適用を企画しており、それにより代わりのばね構造が示す疲労の 問題が避けられる。さらに、支承シュー11に加えられる連続的な圧力の適用に よシ、部材15.15’、15に係合する11の面および部材15′に係合する 支承板の面の摩耗にかかわらずヨーク3の安定化が果たされる。従って、たとえ 長い使用を通じて摩耗が起ったとしても、17にあるヨークとクランクケース壁 の間の遊びが大幅に減少されるかまたは実質的に除去される。
従って、前述した実施例は実質的にエンジンの作動寿命を延ばし、保守のだめの 分解の頻度を、これまでスコッチョークエンジンの作動で経験したよシも著しく 少なくした。保守の費用が付随して減少することも経験される。
支承板15と15′の配置は、上死点から下死点へのヨークの運動中、最大圧力 が、戻り行程中の圧力に比較して板17にもたれる支承板15′により果たされ るよう々ものであシ、その際クランク軸回転は矢印19によυ示された方向にあ る。支承部材15′がナツトとボルト16,16′によりヨーク4の先行縁に取 りつけられる限りは、最大圧力の間支承部材15′が、矢印19により示された クランク軸の特別な回転方向に対し張力を受けている。
同じ特徴によシ、戻り行程では、最大圧力を、ボルト16“によりヨーク部材6 に取りつけられた支承部材15が経験し、支承部材15が上死点への戻り行程中 張力を受ける。このように、最大圧力の期間中張力を受ける支承部材15と15 ′はゆがむ傾向を経験しない。
もしも回転方向を逆転させる場合には、支承部材15と15′の取付けを逆にし て、最大支承圧力中張力の同じ条件を維持することができる。
図示してない代わシの実施例で、支承部材15と15′を省くことができ、その ときヨーク部材3と4の側面5x、3y、4xおよび4Yが支承シュー11と板 17と係合する、支承面として役立つ。
図示してないなお他の改変では、支承板17を省くことができ、そのときヨーク 部材が直接クランクケースの側部に支えられる。経験の示す所によれば、クラン クケース表面を満足のゆく精度に機械加工するには著しく大きい表面にわたって 精密な公差が必要になるので、有利には、適当な材料で作られた比較的制限され た機械加工面を有する支承板(その例は後述する)が全体的に満足であることが 見出だされた。
ヨーク5.5’、4およびピストン2が例えばシリンダの壁によシおよび図示の 実施例では板17と支承シュー11によシ位置に関して安定化される限シは、ピ ストンのだめの安定化機構としての広いピストンスカートに頼る必要が実質的に 減少されるので、ピストン自体はほとんどまたは全くスカートを必要とせず、ピ ストン重量やヨーク3,3′および4とピストン2の間の距離のなおいっそうの 減少を果すことができる。従って、ピストンリング2′がシリンダ壁1を密封す ることのみを考慮して、シリンダ軸線に沿った軸方向寸法が最小であるピストン およびヨークを形造ることができ、その際ピストン2が、クランク軸とクランク 腕13によシ描かれた回転表面をかろうじて通過するようにヨーク部材3の首部 6′を短かくする。
ヨーク部材乙には、重量を減少させる目的のためにかつ材料を節約するために3 ′で示したように凹所を設けることができる。
第5図は、二つの半ブロック38と39で構成された参照数字12によシ全体的 に表わされる摺動ブロックを示す。例えば第6図に示したように、摺動ブロック 12の半部38と39がクランク腕1′5′およびヨーク5.5’、4のそれぞ れ上方および下方部材3と4により互いに対し所定の位置に保持される。
肩部32が摺動ブロック12とヨーク部材5および4をクランク軸とクランク腕 13′に対して保持しかつ心出しする。クランク腕13′の外面が、部材38と 39によシ設けられた円筒面31とジャーナル軸受のように係合する。円形凹所 36が円筒面31に導かれ、その凹所36が、第2図のクランク腕13′を退出 する潤滑ボート13′とそろうように位置決めされている。凹所36と肩部32 が、半ブロック39の表面55の図である第3A図に示されている。半ブロック 38と39の頂部と底部には、33で凹部が設けられた表面があり、35の表面 は、ヨーク部材3と4の対応する表面と係合する摺動支承部として役立つ。
隆起部40は、ヨーク部材3と4の表面と整合して半ブロック38と39を保持 し、その隆起部40はヨーク部材3と4の側面に載る。隆起部40は、半ブロッ ク38と39を保持する際に、第2図に最も良く示したように、シリンダー軸線 2−2の周りのヨークのねじシを阻止するのにも役立つ。継続した作動でエンジ ンの部品が摩耗し、そのため軸線Z−Zに宿ったヨークの運動中ヨーク3の位置 を不安定にする傾向があるにもかかわらず、隆起部40の結果として、シリンダ 軸線Z −Zに沿ったヨークの運動の際およびヨークし支承板17および支承シ ュー11との保合の際のニー、り6,4の安定化が改善される。
円筒面61の周囲から、潤滑孔34が横溝41を経て引っ込んだ表面63と連通 するように四方に放射しているので、第2図のクランク腕13′の潤滑ボh 1 3#により放出さttかつジャーナル軸受としての円筒面51を横切って分散さ れる潤滑剤が、加えて溝36と潤滑孔34を経て出口を見出だして溝41にある 表面33に到達171、そこから横@41により表面33の全幅を横切り、隆起 部40の凹部42により隆起部40の内側およびヨーク部材5と4の側面の保合 面を潤滑する7、 凹所3乙によれば、クランク腕13′が回転する際に、たとえクランク腕15′ からのオイルボート13′が円筒面31に関してどこに位置していても、クラン ク腕ボート13′からの潤滑剤が腕を退出して凹部36の中へ連続的に入り、は ぼ一定の圧力で潤滑が得られる。
このことは、従来技術に開示された間欠的な圧力の潤滑と対照をなしている。そ の潤滑では、クランク腕が摺動ブロックに対して回転すると、回転の大部分の間 クランク腕潤滑ボートからの潤滑の伝送が妨げられ、短かい瞬間だけ摺動ブロッ ク潤?)?溝とクランク腕メイルボートが直接整合する。
第471は、四部42を示・トために横溝41を断面[また、第3図に示した3 Bと59の摺動ブロックの断面を承す。
第5図は、表面56で一つの摺動ブロック半部38と係合する、横溝41を断面 してヨーク5の細部を示す。、ろ3と58の間の間隔は明瞭に゛するために大き く拡大して示しである。潤滑剤を孔34から受け増る横溝41は、46で隆起部 40の側部の引っ込んだ溝42と連通l−ており、それにより隆起部40とヨ・ −り3の側部45の間の、明瞭のために大きく拡大して示した間隙空間に潤滑剤 を与える。そ11、について第5図がヨーク部材3のために細部を示しているが 、匹敵する配置がヨーク部材4についても得られることが認識されよう。
それ故、本発明により、クランク腕13′、摺動ブロック12およびヨーク3, 4のすべての支承面に連続的な潤滑剤圧力が供給され、最小限度の摩耗と共に長 い寿命の最大の期待が確保されることが分かるだろう。
第6図と第7図は、それぞれ15のような支承部材の側面図と端面図を示し、支 承部材は第2図に示したように、孔15aを通る16または16′のようなボル トによジョークに係留することができる。支承部材15の支承面15cは、第2 図に示したように、支承シュー11と係合する。第2図に示した支承部材15′ は支承板1)と係合するが、第6図と第7図に示した形状と同様な形状を有して いても良い。
第8図と第9図は、それぞれ第2図の支承シュー11の平面図と側面図を示す。
圧力、例えばエンジンの潤滑ラインからの潤滑剤圧力が表面11′で加えられ、 それにより支承シュー11のシュー111の圧力を伝達して支承部材15を表面 11″′ に係合させる。
前述した実施例によれば、支承板17と支承シュー11の間の支承部材15およ び15′と共にヨーク3と4の拘束により、第2図に示しだ、軸線2−2に沿っ たヨークの運動を安定化することができる。
上記のことから明らかなように、その実施例は、第2図の軸線2−2に沿ったヨ ーク3,4の運動中ヨークの作動を容易にするために圧力を用いて、ヨークを単 独行程を通じて支承/ニーによシ連続的な圧力で安定化し、かつヨーク3,4と 摺動ブロック12の支承面をほぼ一定の圧力の連続的な潤滑にさらすことによジ ョークを長期間にわたる延長した作動を通じて安定化することを企画している。
第10図は、参照数字110によシ全体的に示された多シリンダエンジンを形成 するように互いに並置されたシリンダ組立体100の概要図である。このような 多シリンダ配置は“並列″配置を取っても良いし、またはそれに代わる方法とし て、多少の自動車エンジンおよび同様なものにとって慣用のV−型配置を取って も良い。それに代わる方法として、当業者によシ認識されるように、シリンダが 、第2図に示した、クランク軸12の軸線の周シのどの位置を占めても良く、そ の際当業者にとって周知の実施に従って果たされる気化と点火のタイミングにつ いて調節がなされる。
二つの部材が互いに一方を圧迫している、第2−10図のだめの前の記載に関し て述べた互いに圧迫している要素に関して、1170 Chigi Avenu e 。
Rochester 、 New York 14624の13earium  MetalsCorporationの製品である、“ベアリュウム(BEAR 工UM )■として知られた合金を、係合する要素の一方または両方に用いるの が好都合である。
この物質は、支承シュー11、支承部材15および15′、支承板17、摺動ブ ロック12、ペグ41またはリング81として使用したとき、過度の荷重に抵抗 するためにかつ支承寿命、従ってエンジンの寿命を延ばすために最も有効な支承 部として役立つ。
ペアリュウム■金属は種々の合金で製造される。
合金 %Cu %Pb %Sn %Ni、、 B4 70 26 4 0 B8 70 22 8 0 BtO7020To 0 B1j 70 20” 9′ 1簀 −概算 合金B10は、摺動ブロック、支承板および支承シューとして使用するのに優秀 であることが見出だされた。
従来技術の開示に比較した本発明の利益は、従来技術の教示に比較した本発明の 配置の分析によりいっそう良く理解される。この目的のために、第11−15図 は有用である。従来技術の一例として、以前に言及したビュールの特許1.34 9.660の開示は出発点として取られる。ビュールの第1図の考察から、スロ ット6のビュール弧の曲率半径が非常に短かいことが認識されよう。ビュールは 、その特許の第1図と第2図に開示されているように、シリンダの直径よシ小さ い曲率半径を企画しておシ、その曲率中心はシリンダ内に位置している。
ビュールエンジンの性能とここに開示された本発明の性能の比較が有意味である ためには、ビュールと本発明の両方のパラメータが実質的に同一に維持され、そ のとき著しくはつきりしたパラメータのみが変っても差支え々いことが必要であ る。ピュールの構造を本発明の構造と比較する目的のために、概要的な第11図 に注意を向ける。第11図には、ピストンが、14にあるクランク軸の中心およ びクランク腕13の中心をもって%とじて概略的に示されたヨークに連結されて いる。
ビュールの幾何学について、弧の二つの曲率中心、すなわち、本発明のエンジン の曲率半径に匹敵する曲率半径を有するsoCと5Ofが開示されている。
曲率500の中心は、矢印503により示されたように時計方向であるクランク 軸14の回転方向に対しピュールに開示された曲率中心と対応する。
本発明については、ヨークのスロットの弧のだめの二つの曲率中心がそれぞれ5 04と505で示しである。
クランク腕13の中心から曲率中心500゜501.504および505の各々 への距離は等しく選択した。
第11図に示したように、ビュールエンジンと本発明のエンジンのパラメータ、 すなわち各それぞれのエンジンについてのスロットの弧の曲率中心の片寄シと半 径を検討の目的のために類似させた仕方を証明する目的のためにクランク腕13 の中心が軸線2−2上にあるものとして描かれている。しかしながら、図示した ように、15の位置がビュールエンジンまたは本発明のエンジンについて上死点 にないことが観察されよう。
このように、第11図に示した配置は、ビュールエンジンと本発明のエンジンの 両方について共通のクランク軸位置と回転方向、クランク腕の共通の大きさ、共 通のシリンダ直径および可能なスロットの弧の曲率中心に対する共通の距離を与 える。
前述の配置を念頭において、500の曲率中心を有するビュールエンジンのヨー クは第11図に500’として形造られたそのスロットの弧を有するのに対し、 501の曲率中心を有するピュールエンジンは弧501′に沿って形造られたヨ ーク弧を有する。
同様に、504の曲率中心を有する本発明によるエンジンは504′で形造られ たヨークのスロットの弧を有し、かつ505の曲率中心を有する、エンジンによ る他のとりうる配置は線505′に清って形造られたヨークの弧を有する。
それ故、スロットの弧の関係1d1クランク腕がクランク軸の特別な回転方向に 対しとるそれぞれの位置で、弧の曲率中心の位置関係および弧の半径にょ夛エン ジンの作動に実質的な差異をもたらすことが分かるだろう。次いで、言及した差 異はピストン変位量に有意に影響を与えるので、クランク腕の特別な位置につい て、第11図に示した、他のとりうる配置のヨークスロットの弧の曲率中心の種 々の位置選定によシ、有意差が、付随する圧縮差と共にピストン変位に存在する 。
さて、第11図で500と501に曲率中心を有するビュールエンジンのだめの 他のとシうる配置の間のピストン変位の関係は、後に続く第12−1 /。
図の論議で504の曲率中心を有する本発明によるエンジンの配置と比較される 。
種々の片寄りとクランク腕の中心に対する種々の距離を有するビュールによるエ ンジンおよび本発明によるエンジンについて同様な分析をなしうろことが認識さ れよう。本発明によるエンジンについて、そのように曲率中心の例は505にな るだろう。説明を省くために、曲率中心504のみをビュールの曲率中心500 および501と関連して検討しよう。
従来技術のエンジンおよび本発明によるエンジンについてのピストン変位量は、 表2の公式を用いて計算することができる。
表4. ピストン行程の計算(第11図改良された動的圧縮比 修正されたビュ ールのエンジン 購造 (ヨーク円弧中心下) (ヨーク円弧中心上)記号 意 味 変 数 y ピストン行程 α 0を過ぎるクランク回転角 θ TDOにおけるクランク角 Xθ ヨークスロット弧中心の水平片寄シ1 連接棒の長さ r 連接棒エンジンのクランクピン片寄シ半径第12図と第13図は、第11図 の504に位置した曲率中心を有する本発明によるエンジンと、第11図に示さ れる、500に位置した曲率中心を有するビュールのエンジンとの比較を概略的 に示す。
第12図において、上死点0°について、クランク腕がクランク軸14の中心の 周りのその行程で13に位置し、かつ曲率中心504の弧が、クランク腕15の 中心によシ描かルた円に接して504′で示されている。
ビュールの曲率中心500に対する上死点についての比較できる位置が0°につ いて第12図に示されており、そこには曲率中心500の弧が、クランク腕1S により描かれた円に再び接して500′で示されている。
(a)の0° と(b)の00の比較で、シリンダ軸線2−2から測定される角 度が、同様な片寄り距離と曲率半径にもかかわらず二つのエンジンについて異な ることが観察されよう。これは、点500と504がそこに示されたクランク腕 13の位置から対称であるように第11図に示されているけれども、上死点を決 める接触点がシリンダ軸線2−2に対して異なる角度で起こるからである。両エ ンジンについてシリンダZ−Zの軸線からそれぞれの曲率中心500と504の 同一の片寄シおよびスロットの同一の曲の中心によυ描かれる円との接触点が、 クランク腕の中心によシ描かれる円に溜った種々の点に起こる。
従って、上死点、すなわち0°位置は、本発明のエンジンとビュールの匹敵する エンジンについてそれぞれ、510と510′で示したピストン2の変位ゼロを 有する。
第12図に見られるように、クランク腕が上死点から30°回転すると、ピスト ン変位はもはや、それが上死点にあったときと同一ではない。511で示した本 発明によるエンジンの変位はビュールのエンジンのピストン変位511′よシ0 .096対0.190の比率だけ有意に小さく、そのときのビュールエンジンは 50°(b)の図に示しである。
上死点から60°の(a)と(b)では、512の本発明による変位が、0.7 10の変位をもつ512′のピュールエンジンと比較して[L360の値を有す る。
第13図で分析を続けると、クランク腕を上死点から90°回転させたときに、 本発明のエンジンは513で示した0、 765の変位を有するのに対し、ビュ ールのエンジンは513′の変位1.369を示す。
クランク腕が上死点から135°回転すると、本発明によるエンジンは、1.5 27の値をもって、514で示したピストン変位を有するのに対し、ピュールエ ンジンは514′の変位2.028を示す。
最後に、クランク腕が上死点から1800回転した後、本発明によるエンジンは 515で、2.092の変位を示すのに対し、ビュールのエンジンが515′で 2.114の変位を示す。
観察されるように、第11図で504の曲率中心ヲ有する、エンジンによるエン ジンは、上死点13′から点13′へ180°回転しても下死点に到達しないで 、クランク腕13をかなシもつと先に回転させて点13′ へ至ることが必要で ある。
この時点で、ヨークの弧の曲率中心をシリンダ内で、シリンダ軸線2−2に対し 平行な方向に点504′へ変位させた。上死点13′が軸線2−2の左にある限 シは、上死点から、シリンダ軸線に対し平行な線上にあってかつ曲率中心504 を通過する点600までの距離は、13”−601の匹敵する線より大キイ。そ れ故、線13”−504’とシリンダの軸線z−zとのなす角は、線1’ 5’ −13’−504と・/リンダの軸線2−2とのなす角よシ小さいということに なる。このことは、クランク腕が13′を通る際に、そのとき下死点として点1 3″へ進まなければならないことを意味する。
前述のことから、180°の回転の間上死点からのクランク腕の行程の至る所で 本発明によるエンジンは、クランク腕の匹敵できる回転の間のビュールエンジン より小さいピストン変位を有することが明らかであろう。本発明によるエンジン のそのような特性により、燃料の燃焼がビュールエンジンの作動に比較して同じ 時間の間高圧縮下で起こることが保証される。
上死点への戻り行程の比較可能な分析が示す所によれば、本発明のエンジンがピ ュールのエンジンよりいっそう急速な戻シを有する。
第14図と第15図は、第11図の504に弧の曲率中心を有する本発明による エンジンと、第11図の点501に曲率中心を有するビュールエンジンとの比較 を与える。
第14図の0°(a)図は、クランク腕の中心により描かれた円に接する弧50 4′で本発明によるエンジンの上死点を表わす限りは、第12図の0°(a)の 図と同一である。
第11図に示した曲率中心501がシリンダの軸線2−2の右にあるので、スロ ットの弧がクランク腕の中心により描かれた円に接する上死点は、0゜(b)図 でシリンダの軸線の右側に起こる。ピュールエンジンのピストン変位は510′ でゼロとして示されている。
クランク腕がその動力行程に入って300回転すると、第14図に示したように 、本発明によるエンジンのピストン変位は、前に説明したように0.096の値 をもって511で示されている。第11図で曲率中心501を有するビュールエ ンジンの匹敵する30°の回転が0.174の値をもって511′で示されてい る。
動力行程へ60°回転すると、α606のピストン変位をもって512′にある ビュールエンンント比較して、前述した0、 360の値をもって512のピス トン変位を示す。
第15図において、本発明によるエンジンが、値0、765をもって513で示 しだピストン変位を有する、動力行程への90°の回転を、t i 23の値ヲ 有スるビュールエンジンの513′で示した匹敵するピストン変位と比較するこ とができる。
前に説明したように、135°の回転によシ、1、775の値を有するビュール エンジンの514’と比較して、本発明のエンジンは、514で示した1、 5 27の値を有するピストン変位を生じる。
最後に、180°の回転によJ、2,114の値を有する515′で示したビュ ールエンジンのピストン変位と比較して、515で示した本発明によるエンジン では2.092のピストン変位を生ずる。
第11−15図の前述の考察から、スロットの等しい曲率半径および等しいクラ ンク腕半径が与えらし7’c 場合、ピュールエンジンが、第11図に示したよ うに曲率中心をシリンダの軸線の右側または左側に有するかどうかは問題ではな い。どちらの場合でも、本発明によるエンジンは、上死点から動力行程への与え られた回転角についてピュールエンジンのピストン変位よシ小さいピストン変位 を与え、従って、本発明によるエンジンは、能率の利益を伴って与えられた期間 にわたって動力行程の至る所に有意にいっそう高い圧縮を与えることが認識され よう。
上の分析で与えられた数値は、クランク腕と、ヨークのスロットの弧の曲率中心 のシリンダ軸線からの片寄りとの仮定寸法に基いて表2の公式を用いて計算され たが、数字は典型的であるにすぎず、本発明のエンジンとピュールエンジンの間 の図を比較するときに大きさに関する数字の関係は本発明によるエンジンの優秀 な有効性を証明することが認識されよう。
上の分析はビュールエンジンに関してしたが、その説明は典型的であるにすぎず 、かつその分析は弓形スロット付ヨークを有する他の従来技術の開示に対しても 適当であることが認識されよう。
我々は本発明による一実施例を示したが、本発明はそれに限定されないで、当業 者にとって知られた多数の変更と修正が可能であることが理解され、それ散状々 はここに示されかつ記載された細部に限定されることを望才ないで、添付した請 求の範囲によシ包囲されるようなすべての修正をカバーするつもシである。
く− Iχ N< 手続補正書 1.事件の表示 PCT/US 85102020 2、発明の名称 片寄り弓形スロットがあるヨークを有する動的圧縮内燃エンジン 3、補正をする者 インコーホレイテッド 4、代理人 住所 ◎105東京都港区虎ノ門二丁目8番1号(虎の門電気ビル) 〔電話03 (502)1476 (代表)〕? −TI IiS’l l 1 FnTr:l−#rrllri;1百nF (7’) r6、補正の内容 11 請求の範囲を別紙の通り補正する。
■、明細書中下記の補正を行う。
(1)第9頁第11行の「第2A、B、C,DおよびE図」を「第2−A図〜第 2−0図」と補正する。
(2) 第29頁第20行〜第21行の「第2A。
2B、2Cおよび2D図」を「第2−・A図〜第2−0図」と補正する。
(3) 第29頁最下行の「第2A図の左側」を「第2−A図」と補正する。
(4) 第30頁第3行の「第2A図の右側部分」を「第2−0図」と補正する 。
(5) 第30頁第12行および第24行、第31頁第1行および第6行、第3 2頁第9行〜第10行の「第2A図」を「第2−A図」と補正する。
(6) 第31頁第10行の「リストビン」の前に「第2−8図に」を挿入する 。
(7)第31頁第13行の「第2B図」を「第t ++ υ lZj J VI −’71111L ’L/ % jO−& 、L/ l&’J Pt l”J  I J ’−’ 1に補正する。
(2つ 第49頁第5行のl’−51oJの前に「第12−B図に」を挿入する 。
(26) 第49頁第7行の「第12図」を「第12−D図」に補正する。
(2カ 第49頁第9行の「511」の前に「第12−E図に」を挿入する。
(2■ 第49頁第13行の「30°(b)の図」を「12−F図の30°」に 補正する。
(29) 第49頁第14行の「(a)と(b)」を「第12−G図〜第12− E図」と補正する。
◇Φ 第49頁第14行のl’−512Jの前に「第12−B図の」を挿入する 。
(31) 第49頁第17行の「第13図」を「第13−A図〜第13−0図」 に補正する。
Qの 第49頁第19行の「513」の前に「第13−B図に」を挿入する。
(35) 第49頁第21行の「回転すると、」の後に「第13−D図〜第13 −F図にお・いて」を挿入する。
(64) 第49頁第22行の「1.527 Jの前に「第13−E図におりて 、Jを挿入する。
(3) 第50頁第1行の「本発明」の前に「第13−0図〜第13−1図にお いて、」を挿入する。
C◇ 第50頁第1行のl’−515−jO前に「第13−E図に」を挿入する 。
aカ 第50頁第5行の「エンジンによる」を削除する。
0の 第51頁第11行の「第14図の0°(a)図」を「第14−A図の0° の図」に補正する。
(39) 第51頁第13行の「第12図の0°(a)図」を「第12−A図の 00の図」に補正する。
(4■ 第51頁第17行〜第18行の「0°(1))図」を「第14−0図の 0°の図」に補正する。
第14−B図にJを挿入する。
(42) 第51頁第22行の「第14図」を「第14−D図」K補正する。
(4■ 第51頁第23行の「ように」の後に「第14−E図に」を挿入する。
(44) 第52頁第1行の「回転が」の後K「第14−1図に」を挿入する。
(4′5 第52頁第3行の「0.606」の前に「第14−G図、第14−H 図および第14−1図において、」を挿入する。
(46) 第52頁第5行の「前述した」の前に「第14−H図に」を挿入する 。
(471第52頁第7行の「第15図」を「第15−A図、第15−B図および 第15−0図」に補正する。
(48) 第52頁第7行の「値」の前に「第15−B図に」を挿入する。
(49) 第52頁第12行のl’−135’Jの前に「第15−D図、第15 −E図および第15−F図において、」を挿入する。
(50) 第52頁第14行の「514Jの前に「第15−E図に」を挿入する 。
(51) 第52頁第16行の「180・」の前に「第15−G図、第15−H 図および第15−1図において」を挿入する。
φの 第52頁第18行のl’−51sJの前に「第15−B図にJを挿入する 。
請 求 の 範 囲 、1. 第一軸線を有する少なくとも一つのシリンダと、クランク軸が多ランク 軸の腕を回転させるように取りつけられている付随するクランクケースとを有す る内燃エンジンのだめの装置において、第一軸線に沿って運動可能にシリンダに 配置されたピストンと、第一軸線に沿って運動可能にピストンに連結されたヨー クと、前記ヨークに係合する摺動ブロックとを含み、ヨークと摺動ブロックが、 不動シ合いな圧縮および動力行程時間をもたらすだめの手段を含み、この手段は 、少なくとも、圧縮および動力行程時間を通じて摺動ブロックの係合面と係合す る前記ヨークの彎曲した表面を有し、前記の彎曲した保合表面は、ピストンから 離れるように面するクランク軸の側にクランク軸から遠く離れて配置されたただ 一つだけの曲率中心を有し、彎曲した表面が、圧縮行程の時間より動力行程中に 燃料燃焼のためにいっそう長い時間を与えるように第一軸線に対して配置され、 前記摺動ブロックの上死点が前記ピストンの上死点の後に起こるようになってい る内燃エンジンのだめの装置。
2、 彎曲した表面の曲率中心が第一軸線からずれている、請求の範囲1に従う 内燃エンジンのための装置。
3、 彎曲した表面の曲率中心が、上死点からの動力行程中摺動ブロックによシ 占められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲2に従つ内燃エンジンのた めの装置。
4、 多シリンダを有する、請求の範囲1に従う内燃エンジンのための装置。
5.2行程サイクルを有する、請求の範囲1に従つ内燃エンジンのための装置。
6.4行程サイクルを有する、請求の範囲1に従つ内燃エンジンのだめの装置。
Z 燃料噴射作用のために構成された、請求の範囲1に従う内燃エンジンのだめ の装置。
a 第一軸線を有する少なくとも一つのシリンダと、クランク軸がクランク軸の 腕を回転させるように取りつけられている付随するクランクケースとを有する内 燃エンジンのための装置において、第一軸線に沿って運動可能にシリンダに配置 されたピストンと、第一軸線に沿って運動可能にピストンに連結されたヨークと 、動力および圧縮行程を通じて曲線運動のただ一つだけの曲率中心を中心として 前記ヨークに対して曲線運動するように前記ヨークと係合する摺動ブロック手段 とを含み、前記曲率中心は、クランク軸に関してピストンに面する側と反対側に アシ、摺動ブロックの上死点が前記ピストンの上死点の後に起こるようになって いる、内燃エンジンのだめの装置。
9 曲線運動の曲率中心が前記第一軸線からずれている、請求の範囲8に従う内 燃エンジンのだめの装置。
10、彎曲した表面の曲率中心が上死点からの動力行程中摺動ブロックによシ占 められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲9に従つ内燃エンジンのだめ の装置。
11、曲線運動の曲率中心がエンジンのだめの動的圧縮比をもたらすように位置 決めされている、請求の範囲9に従う内燃エンジンのだめの装置。
12、第一の長手方向軸線を有する少なくとも一つのシリンダを有し、かつ前記 軸線に沿って可動に取りつけられたヨークを有するピストンヲ有する内燃エンジ ンのための装置において、所定の時間の動力行程をもたらすためおよび前記所定 の時間よシ少ない時間の圧縮行程をもたらすための曲線状スロット手段を含み、 この曲線状スロット手段は、クランク軸に関してピストンに面する側と反対側に ただ一つだけの曲率中心を有し、摺動ブロックの上死点が 9 ° ・ ・ ゛ 前記ピストンの上死点の後に起こるようになっている、内燃エンジンのだめの装 置0 13、彎曲した表面の曲率中心が第一軸線からすれている、請求の範囲12に従 う内燃エンジンのための装置。
14、彎曲した表面の曲率中心が、上死点から動力行程中摺動ブロックによシ占 められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲13に従う内燃エンジンのた めの装置。
国際調査報告

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.第一軸線を有する少なくとも一つのシリンダと、クランク軸がクランク軸の 腕を回転させるように取りつけられている付随するクランクケースとを有する内 燃エンジンのための装置において、第一軸線に沿つて運動可能にシリンダに配置 されたピストンと、第一軸線に沿つて運動可能にピストンに連結されたヨークと 、前記ヨークに係合する摺動ブロツクと、不釣合な圧縮および動力行程時間をも たらすための手段とを含み、前記手段は、摺動ブロツクの相手面により係合され る少なくとも前記ヨークの湾曲した表面を有し、湾曲した表面の曲率中心がクラ ンク軸についてピストンと反対側に配置され、かつ湾曲した表面が圧縮行程のた めの時間より動力行程中の燃料燃焼のためにいつそう長い時間を与えるように第 一軸線に対して配置されている装置。
  2. 2.湾曲した表面の曲率中心が第一軸線からずれている、請求の範囲1に従う内 燃エンジンのための装置。
  3. 3.湾曲した表面の曲率中心が、上死点からの動力行程中摺動ブロツクにより占 められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲2に従う内燃エンジンのため の装置。
  4. 4.多シリンダを有する、請求の範囲1に従う内燃エンジンのための装置。
  5. 5.2行程サイクルを有する、請求の範囲1に従う内燃エンジンのための装置。
  6. 6.4行程サイクルを有する、請求の範囲1に従う内燃エンジンのための装置。
  7. 7.燃料噴射作用のために構成された、請求の範囲1に従う内燃エンジンのため の装置。
  8. 8.第一軸線を有する少なくとも一つのシリンダと、クランク軸がクランク軸の 腕を回転させるように取りつけられている付随するクランクケースとを有する内 燃エンジンのための装置において、第一軸線に沿つて運動可能にシリンダに配置 されたピストンと、第一軸線に沿つて運動可能にピストンに連結されたヨークと 、前記ヨークに対して曲線運動しながらヨークと係合する摺動ブロツク手段とを 含み、曲線運動の曲率中心がクランク軸に比較してピストンと反対側にある装置 。
  9. 9.曲線運動の曲率中心が前記第一軸線からずれている、請求の範囲8に従う内 燃エンジンのための装置。
  10. 10.湾曲した表面の曲率中心が上死点からの動力行程中摺動ブロツクにより占 められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲9に従う内燃エンジンのため の装置。
  11. 11.曲線運動の曲率中心がエンジンのための動的圧縮比をもたらすように位置 決めされている、請求の範囲9に従う内燃エンジンのための装置。
  12. 12.第一の長手方向軸線を有する少なくとも一つのシリンダを有し、かつ前記 軸線に治つて可動に取りつけられたヨークを有するビストンを有する内燃エンジ ンのための装置において、所定の時間の動力行程をもたらすためおよび前記所定 の時間より少ない時間の圧縮行程をもたらすための曲線状スロツト手段を含み、 この曲線状スロツト手段は、クランク軸と比較してピストンと反対側に曲率中心 を有する装置。
  13. 13.湾曲した表面の曲率中心が第一軸線からずれている、請求の範囲12に従 う内燃エンジンのための装置。
  14. 14.湾曲した表面の曲率中心が、上死点からの動力行程中摺動ブロツクにより 占められる側に第一軸線からずれている、請求の範囲13に従う内燃エンジンの ための装置。
  15. 15.第一の長手方向軸線を有する少なくとも一つのシリンダを有し、かつスロ ツト手段を有するヨークを有し、スロツト手段は、曲率中心がクランク軸に比較 してシリンダと反対側にある曲線の表面を有し、圧縮行程の時間を越える時間を 有する動力行程を生じさせるためにスロツト手段と係合しかつクランク軸を駆動 する摺動ブロツク手段を備えた内燃エンジンのための装置。
JP60504885A 1984-12-21 1985-10-18 片寄り弓形スロットがあるヨ−クを有する動的圧縮内燃エンジン Pending JPS62501225A (ja)

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